(57)【要約】【課題】ロケットターボポンプ用軸受の転動体と軌道輪との間の潤滑性を向上させることである。【解決手段】転動体としての玉３を保持する保持器４を、極低温下でも潤滑性の高いＰＴＦＥとガラス繊維の複合材で形成して、保持器４から玉３および軌道輪１、２へＰＴＦＥを供給するとともに、両軌道輪１、２の軌道面１ａ、２ａにＰＴＦＥを複合させたニッケル複合めっき５を施すことにより、保持器４からのＰＴＦＥの供給が十分でない場合でも、めっき５表面に析出したＰＴＦＥで玉３と軌道輪１、２との間の潤滑性を確保できるようにしたのである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と外輪との間に組み込まれ、これらの両軌道輪の軌道面間を転動する複数の転動体が、少なくとも転動体との接触部がポリテトラフルオロエチレンを主体とする材料で形成された保持器で保持されており、前記両軌道輪の軌道面に、ポリテトラフルオロエチレンを複合させたニッケル複合めっきが施されたロケットターボポンプ用軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体ロケットエンジン用ターボポンプの回転支持部に使用される転がり軸受（以下、「ロケットターボポンプ用軸受」と記す。）に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体ロケットエンジン用のターボポンプでは、ポンプの小型化のために回転支持部を液体水素や液体酸素等の極低温ポンプ流体中に設けているので、回転支持部に使用される転がり軸受（ロケットターボポンプ用軸受）は通常の潤滑油やグリースによる潤滑ができない。そこで、この軸受では、極低温下でも潤滑性の高いポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の複合材を用いて保持器を形成し、保持器から転動体および軌道輪へＰＴＦＥを移着させて、転動体と各軌道輪との間の潤滑を行っている。また、運転開始直後には保持器からのＰＴＦＥの供給が不十分であるため、予め転動体表面および軌道輪の軌道面にスパッタリングやスプレーによるＰＴＦＥ皮膜を形成して、運転初期の潤滑性を確保するようにしている（非特許文献１参照。）。
【０００３】
しかしながら、このようなロケットターボポンプ用軸受は、極めて高速で運転されるため、保持器から転動体や軌道輪へ十分なＰＴＦＥが供給されなかったり、転動体や軌道輪の表面に予め形成しておいたＰＴＦＥ皮膜が使用中に剥がれ落ちたりして、潤滑不良が発生する場合がある。潤滑不良が生じると、スピンすべり等により転動体や軌道輪の摩耗が著しく早く進展し、軸受寿命が短縮されてしまうことがある。
【非特許文献１】野坂正隆、「ロケットターボポンプ用軸受の保持器複合材の潤滑特性」、日本複合材料学会誌、第２０巻、第６号、1994年、p.215-223
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、ロケットターボポンプ用軸受の転動体と軌道輪との間の潤滑性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するため、本発明のロケットターボポンプ用軸受は、内輪と外輪との間に組み込まれ、これらの両軌道輪の軌道面間を転動する複数の転動体が、少なくとも転動体との接触部がポリテトラフルオロエチレンを主体とする材料で形成された保持器で保持されており、前記両軌道輪の軌道面に、ポリテトラフルオロエチレンを複合させたニッケル複合めっきが施された構成を採用した。
【０００６】
すなわち、保持器の少なくとも転動体との接触部を、極低温下でも潤滑性の高いＰＴＦＥを主体とする材料で形成して、保持器から転動体および軌道輪へＰＴＦＥを供給するとともに、両軌道輪の軌道面にＰＴＦＥを複合させたニッケル複合めっきを施すことにより、保持器からのＰＴＦＥの供給が十分でない場合でも、めっき表面に析出したＰＴＦＥで転動体と軌道輪との間の潤滑性を確保できるようにしたのである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、上述したように、両軌道輪の軌道面にＰＴＦＥを複合させたニッケル複合めっきを施して、保持器からのＰＴＦＥの供給が不足しても転動体と軌道輪との間の潤滑性を確保できるようにしたので、転動体と軌道輪の転がり接触およびすべり接触による摩耗の進展を抑えることができ、軸受寿命の延長が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。このロケットターボポンプ用軸受は、図１に示すように、軸受の種類としてはアンギュラ玉軸受であり、内輪１と外輪２との間に組み込まれ、これらの両軌道輪１、２の軌道面１ａ、２ａ間を転動する複数の転動体としての玉３が、外輪２内径面で案内される保持器４で保持されている。
【０００９】
前記内輪１、外輪２および玉３は、マルテンサイト系ステンレス鋼で形成され、極低温下における高速回転に耐えられるようになっている。また、内輪１の軌道面１ａを含む外周面全体および外輪２の軌道面２ａを含む内周面全体に、Ｎｉ−Ｐをマトリックスとし、ＰＴＦＥを複合させたニッケル複合めっき５が施されている。
【００１０】
一方、前記保持器４は、ＰＴＦＥをガラス繊維で強化した複合材で形成され、軸受使用中に、保持器４から玉３および各軌道輪１、２へＰＴＦＥが移着するようになっている。なお、この例では、保持器４全体をＰＴＦＥ複合材で形成したが、少なくとも玉３と接触するポケット面４ａがＰＴＦＥを主体とする材料で形成されていればよい。
【００１１】
この軸受は、上記の構成であり、極低温下でも潤滑性の高いＰＴＦＥが保持器４から玉３および各軌道輪１、２へ移着するとともに、各軌道輪１、２の軌道面１ａ、２ａに施されたニッケル複合めっき５の表面に析出したＰＴＦＥも潤滑剤となるので、保持器４からのＰＴＦＥの供給が十分でない場合でも、玉３と各軌道輪１、２との間には良好な潤滑状態が得られ、玉３と軌道輪１、２の転がり接触およびすべり接触による摩耗が進展しにくい。また、ニッケル複合めっき５は従来のスパッタリングやスプレーで形成したＰＴＦＥ皮膜に比べて剥がれにくいので、軸受使用中にめっき５が剥落して摩耗が急激に進展するおそれも少なく、従来よりも長寿命である。
【００１２】
次に、上述した実施形態の軸受の軌道輪摩耗低減効果を確認するための実験を行った。実験は、回転ディスクにボールを押し付けるボールオンディスク摩耗試験機を使用し、その試験環境はマイナス１９６℃の液体窒素とした。ボールおよびディスクはマルテンサイト系ステンレス鋼で形成し、ディスク表面にＮｉ−Ｐをマトリックスとし、ＰＴＦＥを複合させたニッケル複合めっきを施したもの（実施例）と、めっきのないもの（比較例）について、摩擦係数および摩耗痕の幅を測定した。図２は、測定した摩擦係数および摩耗痕幅を、比較例を基準（１００％）として表したものである。
【００１３】
図２（ａ）、（ｂ）から明らかなように、実施例では、比較例に対して摩擦係数が約７０％、摩耗痕幅が約１０％に抑えられており、軌道面へのニッケル複合めっきが軌道輪の摩耗を大幅に低減できることが確認された。
【００１４】
なお、本発明は、実施形態で説明したアンギュラ玉軸受に限らず、液体ロケットエンジン用のターボポンプの回転支持部に使用される転がり軸受であれば、他の種類の玉軸受やころ軸受にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態のロケットターボポンプ用軸受の正面断面図
【図２】ａ、ｂは、それぞれ図１の軸受の摩耗低減効果を確認する実験の結果を示すグラフ
【符号の説明】
【００１６】
１    内輪
１ａ  軌道面
２    外輪
２ａ  軌道面
３    玉
４    保持器
４ａ  ポケット面
５    ニッケル複合めっき
【図１】
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【図２】
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